razvoj i arhitektura web gis...
TRANSCRIPT
INFOTEH-JAHORINA Vol. 12, March 2013.
- 880 -
Razvoj i arhitektura Web GIS aplikacije
Adela CrnišaninDepartman za tehničke nauke Državni univerzitet u Novom Pazaru
Novi Pazar, Srbija [email protected]
Petar Spalević Fakultet tehničkih nauka
Univerzitet u Prištini Kosovska Mirovica, Srbija
Dejan Rančić/Marko Micalović Elektronski fakultet Univerzitet u Nišu
Niš, Srbija [email protected]
Sadržaj—Broj web GIS aplikacija se poslednjih godina naglo povećao. U ovom radu je dat predlog arhitekture za razvoj jedne web GIS aplikacije. Opisane su različite tehnologije za mapiranje, sistemi za upravljanje bazama podataka i standardi za razvoj web GIS aplikacije. Cilj ovog rada jeste da se ispita upotreba open source GIS rešenja za razvoj web GIS aplikacije. U radu je predložena arhitektura sistema sa potrebnim komponentama. Razmatran je GeoServer maping server i PostgreSQL/PostGIS sistem za upravljanje bazom geografskih podataka.
Ključne riječi- Web GIS aplikacija, geografski informacioni sistem, arhitektura Web GIS, GeoServer, PostgreSQL/PostGIS
I. UVOD Geografski informacioni sisitem je skup alata za
prikupljanje, analiziranje, obradu i prikaz prostornih podataka. Korisnik geografskog informacionog sistema može da kombinuje podatke dostupne na Internetu sa lokalnim podacima kako bi vršio upit i analizu nad podacima i iste na kraju i prikazao. Obzirom da su prostorni podaci dostupni svim članovima društva u odgovarajućem obliku, Web GIS je mehanizam koji omogućuje raspoloživost geografskih mapa u elektronskom formatu na Internetu. [1]
Za razvoj jedne veb aplikacije geografskog informacionog sistema (GIS) potreban je odgovarajući softver, hardver i podaci koji se obrađuju (karta). Komercijalni softver je skup. Nasuprot komercijalnom, open source GIS softver je raspoliživ besplatno. Uz to je i pouzdaniji, nudi veću fleksibilnost u prilagođavanju specifičnim potrebama aplikacije. U radu je data arhitektura jedne ovakve veb GIS aplikacije. Posebno je dat pregled GeoServer servera za mape i pregled standarda koje on implementira i PostrgreSQL/PostGis sistema za upravljenje geografskim podacima u bazi.
II. ISTORIJA RAZVOJA WEB GIS-A World Wide Web Consortium (W3C) je 1994. godine
razvio tehnologije (specifikacije, smernice, softver i alati) koji bi uskladili i minimalne razlike u web standardima. To je označilo početak web mapiranja kao standardizacije za web.
Osnovne specifikacije uključuju Hypertext Transfer Protocol (HTT), Uniform Resource Locator (URL) i HypertextMarkup jezik (HTML), koji su postali gradivni blokovi za druge W3C specifikacije poput Document Object Model (DOM), Extensible Markup Language (XML), Extensible Stylesheet Language Transformations (XSLT), Scalable Vector Graphics (SVG) i Cascading Stilska (CSS).
Danas mnoge popularne Internet stranice imaju u sebi ugrađene neke geoprostorne podatke. MapGuide i MapQuest su pioniri web mapiranja. U kasnim 1990-im, MapQuest je posedovao online tržište u oblasti web mapiranja. U narednim godinama su se pojavili mnogi drugi proizvodi, kao GeoMedia WebMap, Sharp Map, ka-Map, MapServer, GeoServer, Multimap, ArcIMS, OpenStreetMap, Google Maps, Bing Maps, Yahoo Maps, itd.
Danas postoji veliki izbor alata za web mapiranje. Neki od njih su komercijalni, ali većina od njih su besplatni i otvoreni za korišćenje. Najpopularniji su Google Maps od Google-a i Bing Maps od Microsoft-a. Međutim, veoma je ograničena mogućnost korišćenja aplikacionog programskog interfejsa ovih aplikacija za prikaz nekih naših ličnih prostornih podataka.
III. WEB GIS Web GIS je bilo koji GIS koji koristi web tehnologije.
Najjednostavniji WebGIS bi trebao imati bar server i klijent, gde je server Web aplikacioni server, a klijent je web pretraživač, desktop aplikacija, ili mobilna aplikacija. [2]
Najviše korišćeni tip arhitekture Web GIS aplikacija jeste trslojna arhitektura koju čine: sloj korisničkog interfejsa, sloj servera aplikacije i sloj baze podataka.[3],[4],[5]. Takođe popularna je i četvoroslojna arhitektura, gde je sloj integracije dodat na arhitekturu WebGIS, koji se temelji na web servisima. [6],[7].
Sloj korisničkog interfejsa služi kao grafički korisnički interfejs (GUI) koji predstavlja rezultat prostornih podataka i obezbeđuje krajnjim korisnicima interakciju sa udaljenim servisima.
Sprekkorisprov
SOvajmog
Ssvakstvartehnperfoza di
A. SS
applkom
1)W
interoblikNajbskice- prdizajGIS Dizaosnoosob
Mlinijsstranpokaje dDostMirokoriš
2)C
inov
Sloj servera ako sloja za intsnicima radi a
vajdera usluga
Sloj baze podj sloj nudi sku
gu preuzimati p
IV. STAN
Standardi za rke web aplikarni razvoj we
nologije koje, ormanse web izajn i standar
Standardi za dStandardi za ikacije i ob
mercijalnog rav
Web wirefrWireframe jerfejsa i navigaka - od tekstbolji i najkore. Za izradu wre svega ljujneri). Wirefra
aplikacije majneri mogu kovu toga razubine.
Miller (2008) ske crteže' knici. Web wazuje veze izmdat primer wtupni alati zaosoft Visio i šćen Cacoo on
Slika 1. Up
Uzori za diChambers (20vacije u sof
aplikacije komtegraciju podaanalize i uprav.
dataka je skupup interfejsa ppodatke i upra
NDARDI ZA RA
razvoj web aacija. Oni obeeb aplikacija
ako se koriaplikacija. On
rde za razvoj.
dizajn aplikacdizajn su zadbčno se o voja web aplik
raming e kostur komacionih elementualne interprrišteniji wiref
wireframe-ova udi bez znanames je mestomogu razgovkreirati vizualumeju kako d
je opisao wekoji pokazuju
wireframing smeđu različitih
wireframe skica izradu wireProtoShare. Z
nlajn alat.
prošćeni dizjan w
izajn web GIS000) je opisaoftverskom in
municira s višataka i komunvljanja podaci
p udaljenih ppreko kojih klavljati njima.
ZVOJ WEB GISaplikacije razvezbeđuju stand
i zahtevaju riste efikasno,ni se mogu po
ije duženi za raz
njima odlukacije.
mponenata strnata. Wireframretacije do vrframe-ovi su se mogu učes
nja programiro gde svi učevarati i podlno okruženje
da implementi
eb wireframesu položaj elluži kao vizh stranica webce web GIS eframe-a su Za izradu diz
web GIS aplikacij
S aplikacije o uzore u dizanženjerstvu k
še izvora podanicira sa krajima koji dolaz
podataka i serlijentske aplik
S APLIKACIJE
voja su važandarde zaduženrazličite tehn mogu poboodeliti u stand
voj strukture učuje pre sa
ranice, elememe može imatirlo složenih s
vrlo jednoststvovati celi timranja (menad
esnici u izradi deliti svoje ie a programeriraju odgovara
s kao 'jednostlemenata na zualni vodič b aplikacije. Iaplikacije, S
Adobe Illustrzajna aplikaci
e - Wireframe
ajnu kao skorakoji objašnja
- 881 -
ataka jnjim ze od
rvisa. kacije
n deo ne za ike i
oljšati darde
web amog
enata i više skica. tavne movi džeri,
web ideje. ri na ajuće
tavne web koji
Ispod Sl. 1. rator, ije je
ašnje avaju
zajerazvolakkoji razja
Pfactoand za prou
B. SO
Opeorgaservmapmapje rasourimplkartekoji
OWMkartoupraWebWMpredServaplikšto dmaleidenmatr
Tkoriposl[9].
dničke problvoju. Dizajn ukšati razvoj so
se obično asniti veze izm
Primeri uzoraory, Factory mPrototype. Ostandardizacij
uzrokovala da
Standardi za rOCG(Open genGIS konzoanizacija za visa. OCG je pe (kartografijpping service) azvijena u janrce i komelementiran We(mape) i GISse učitavaju u
OCG je 2006MS-a. WMS-C
ografskog priavlja u keš mb GIS aplikac
MS pristup za dložio novi „tvice). WMTkacijama sa vida umesto za e, prethodno
ntični predhodrice.[8] Prime
V. ATroslojna klijesničkog interflovne logike GPrvi sloj sadrž
leme i rešeuzori su postaoftvera. Oni pr
dešavaju. Kmeđu rezličitih
a u softverskmethod, Buildeni se mogu kju odgovarajweb aplikacij
razvoj aplikacgeospatial conrcijum. OCGstandardizacij1997 počeo u). OCG je 2verzije 1.0.0.
nuaru 2004. gorcijalno Web
WMS. WMS S podatke kojiu GIS softver n
6. godine razvC zamenjujeistupa sa pločmehanizmu socija koje su bdobijanje kar
tiled“ standardTS omogućaiše simultanihsvaki zahtev generisane s
dni zahtev kojr pločaste slik
Slika 2. Dijagr
ARHITEKTURA
ent/server arhifejsa kao prv
GIS sistema i ži funkcije kor
enja u objekali vrlo popularužaju opšta re
Koristeći temph entiteta jedn
kom inženjerer, Lazy initia
koristiti u webjućeg dela aja da rade bolj
cije nsortium) je rG je međunju prostornih sa razvojem
2000. godine r Poslednja veodine. Danasb kartografsje široko p
ima se pristupna klijentskoj
vioWMS-C(Te proizvoljnučastim „tile“ koftvera. Ovo brže od aplik
rti. OGC je u d zvani WMava bolje ph zahteva. To ukreira novu sl
slike(PNG ili ji sadrži disk
ke je dat na Sl.
ram pločaste map
A WEB GIS AP
itektura Web vog sloja, dru
treći je sloj prrisničkog inter
ktno-orijentisaarni, jer oni mešenja za probplejte je mone web aplikac
rstvu su: Abalization, Singlb GIS aplikaciaplikacije, šte.
razvijen 1994arodna, nepr
podataka i standarda za
razvio WMS (erzije WMS-a s skoro svako sko rešenje održan forma
pa preko Internstrani.
iled maps) veu rezoluciju kartama kojimomogućava rkacija koje kojunu 2011. goTS(Web Mapperformanse uspeva na taj nliku, WMTS vJPEG) ili k
kretni skup pl 2.
pe
PLIKACIJE GIS-a se sastogi sloj je slojrostornih podarfejsa za koris
anom mogu bleme oguće cije .
stract leton, ijama to bi
4 kao rofina Web web
(Web 1.3.0 open nudi
at za neta i
erziju Web
ma se azvoj oriste odine
p Tile GIS
način vraća
koristi ločica
oji od j sloj ataka. snika.
poslofunkposloklije
Npoda
Wkoja servepromšto s
OkorisrazliaplikInterpotre
Wi Pobazona wover
Upretvpodageneizvrš
Ri preklijezahte
Zu košaljeSUBodgoform
LsisteJavaje bi
Sloj poslovneovne logike
kcije kontinuaovne logike)
entsku stranu o
Na taj način sacima i poveća
Web GIS arhita se sastoji od mera i Apach
matranja povesu zemljišne p
Ovo je osnovnsnicima da se ičitim udaljenkacija je u morneta i da ihebi.
Web klijent inostgreSQL-a. om podataka i web-u, izvšavrlaying osobin
U vreme izvvaraju u HTTPataka. Na osneriše se SQL šenje.
Rezultati izvršetvaraju u Javentskoj strani.ev.
Zahtev se šaljeoji tumači upie ga sistemu zBP izvrši upit, ovor. Ovaj o
matu.
Lista svih apliema su sledećea, OpenLayersio izabran nak
Slik
e logike Webi funkcije prlnog skladišteobrađje pod
od sloja podata
srednji sloj uava sigurnost
tektura je prikmap servera Ghe web servžu i sa drugimovršine, reke i
na funkcija wekreću po po
nostima premgućnosti da up
h prebacuje n
nterfejs će biti Preko klijentomogućiti kovaju prostorn
ne slojevite ma
vršenja, akcijeP zahtev pomnovu izbora p
upit koji se
šenja se dobijava format za . GIS upit se
e GIS aplikaciit, sastavlja S
za upravljanje rezultati priku
odgovor se š
ikacija koje see: PostgreSQLs i QGIS..Softon perioda istr
ka 3. Aritektur
b GIS-a oburistupa. Sloj penja podatakadatke za GIS aka.
umanjuje kompristupa bazi p
kazana na Sl. 3GeoServer, Tovera omogućum slojevima i granice.
eb GIS sistemdručjima od in
ma odabranim pravlja zahtevna GeoServer
razvijen korišta će se usp
orisnicima da vne upite, korisape.
e koje izvrmoću JavaScripparametara odšalje serveru
aju od aplikacprikaz na we
e prenosi ka
iji i dalje prosSQL u skladu
bazom podatauplja GeoServšalje natrag k
e koriste za izL/PostGIS, Getver odabran zraživanja svak
a Web GIS aplika
uhvata sve fupodataka izvr. Srednji sloj
i logički iz
mpleksnost prispodata.
3. Serverska stomcat aplikaciuje da se tGIS podataka
ma koji omogunteresa na karpodručjima.
vima koji dolar ili PostGIS
šćenjem Java, ostavljati vezvrše pretragu mste razne serv
ršava korisnipt koda i rasted strane koris
baze podatak
cionog web sereb pretraživačo GET ili P
sleđuje GeoSeu sa PostGIS-aka (SUBP). K
ver kako bi krklijentu u HT
zradu predložeoServer , Apaza ovo istraživke od kompon
acije
- 882 -
ukcije ršava (sloj
zoluje
stupa
trana, onog tačke a kao
ućava rti na
GIS aze sa S, po
PHP za sa mapa vise i
k se rskih
snika, ka za
rvera ču na POST
erver-om i Kada reirao TML
ženog ache, vanja
nenti.
A. GU
GeoShapmnosistepodrsistestanFeatMap
GbrzupodaPostopenperf[11]WebZa ograpommeđJ2EE
B. SB
webzahtkoji webuticasisteoptim
Knormindeintegobjedobimrežudal
Ksaobsklajednodgokorii kovelik
PsourBazaprosdobr
VI.
GeoServer – vU radu je kori
oServer može pefile, GeoTiogim drugim. emom za uprršku za rad saemima za undardne Web ture Service(Wp Service (WMGeoServer tau i jednostavnuacima sa GetgreSQL / Posn source IMformansi izme. Geoserver
b interfejs je vMapServer, k
aničene, jer je moću CGI (Cđuvremenu je E-u .
SUBP - PostrgBaza podataka
b GIS aplikacteva za smeštase nalaze u b
b aplikaciji. Paj na performemi za upravljmizaciju kako
Kao tehnike malizaciju relaekse. Normalgritet podatakekti baze poijanja podatakžni saobraćaj,ljeno od web a
Kada veći bbraćaj je veladištene procnom i otklanjaovor na svakstiti nad odgo
oriste za aplikku prednost.
PostGIS je dorce relacionoma podataka se stornim podataru podršku za
OPEN SOURC
veb server za mšćen open souda radi sa r
iFF, ECW, APored odličn
ravljanje podaa ArcSDE, Orupravljanje is
protokole kWFS), Web CMS). [10] akođe podržavu izradu kartieoServer-om stGIS SUBP-oMS je i Među GeoServerima user-frievrlo interaktivkorisnički intnapisan u C p
Common Gatrazvijen novij
greSQL/PostGa je bitan deociji, baza podanjem geografazi podataka sPerformanse manse web aanje bazama p
o bi se poboljš
optimizacije acija u bazi poizacija otklan
ka u bazi pododataka koji ka iz baze. , pogotovu kaaplikacije.
broj korisnikliki i u ovo
cedure koje aju potrebu dki zahtev koovarajućim kokaciju, što u s
odatak za prosm sistemu zaonda može ko
acima (tačkerad sa GeoSer
CE GIS TEHNO
mape urce web maprazličitim formArcGrid, JPEne podrške zacima, GeoSeracle Spatial, stim. GeoSerkoji su standaCoverage Serv
va OpenLaye. Kreiranje upje moguće
om. Pored GeoMapServer. Ur-a i MapServendly adminisvan i jednostaterfejs i funkprogramskom teway Interfaiji GeoServer,
Gis o web aplikacdataka je još fskih podatakasluže za prikabaze podatak
aplikacije. Pospodataka kao iale performan
jako je bitnoodataka, skladnja redudantnataka. Skladiš
drastično pOne takođe
ad je sloj baze
ka pristupa om slučaju j
izvršavaju oda web aplikaorisnika. Indolonama koje sslučaju web G
storne podatkea upravljanje oristiti za skla, linije i poligrver-om.
OLOGIJE
p server GeoSematima fajlov
EG2000, GDAza rad sa Poserver nudi i d
DB2, SQL Srver implemeard OGC-a: vice (WCS) i
ers tehnologijpita nad prostou kombinacijoServer-a, efikUporedna anver-a je data ustratorski inteavan za korišćkcije mapiranj
jeziku i razvijace) program koji se teme
ije. Kada je rvažniji deo
a. Geografki paz u obliku karka imaju direstoje mnogobi mnoge tehni
nse baze podat
o dobro iskodištene procednost i obezbštene procedupovećavaju b
mogu da ume podataka sm
aplikaciji, mje dobro koodgovarajući
acija šalje upitdekse je pogse češće pretr
GIS aplikacije
e PostgreSQL bazama poda
adištenjs i upitgoni). PostGIS
erver. vima: AL i stGIS dobru
Server entira Web Web
ju za ornim iji sa kasan naliza u radu erfejs. ćenje. ja su jen je
ma. U lji na
radi o zbog odaci rte na ektan brojni ike za taka.
oristiti dure i eđuje
ure su brzinu manje
mešten
mrežni oristiti
upit t kao
godno ažuju
e daje
open ataka. e nad
S ima
- 883 -
C. OpenLayers OpenLayers je JavaScript biblioteka za prikaz podataka sa
dinamičke mape na veb stranici, nezavisno od serverske strane. OpenLayer je open source. Implementira JavaScript aplikacioni interfejs(API) koji omogućava izradu bogatih web GIS aplikacija. Sličan je Google Maps aplikacionom interfejsu, s tim što je OpenLayers besplatan softver.
OpenLayers trenutno ima podršku za OGC WMS, WFS, GML i mnoge druge slojeve, navigaciju, simbole, markere i izbor slojeva. OpenLayers omogućuje laku izradu aplikacija pomoću slojeva od različitih provajdera geo-referencijalnih podataka.
D. Quantum GIS (QGIS) Quantum GIS je “open source“ GIS koji radi pod različim
operativnim sistemima (Linux, Unix, Mac OSX, Windows i Android). QGIS podržava rasterski i vektroski format kao i prostormi format kod baza podataka kao što je PostgreSQL/PostGIS, kao i ostale funkcionalnosti ovih formata.Quantum GIS pruža veliki broj mogućnosti uz pomoć osnovnih funkcija i dodataka (plugins). Može se vršiti vizualizacija, upravljanje, uređivanje i analiza podataka i izrada mapa za štampu.
VII. ZAKLJUČAK U radu su opisane različite tehnologije mapiranja,
standardi baza podataka i standardi razvoja web aplikacija relevantni za razvoj Web GIS aplikacija.
Izbor SUBP-a je PostgreSql sa PostGIS podrškom za rad sa prostornim podacima. Normalizacija, skladištene procedure, i indeksi baza su važni kada se radi sa bilo kojom bazom podataka, ali oni nisu korisni u svakoj situaciji. Indeksi nisu korisni kada su table baze podataka velike jer se može povećati vreme kod umetanja i brisanja.
Normalizacija je korisna samo kada web aplikaciji u radu nije potrebno često spajanje velikog broja tabela, jer je za spoj potrebno vreme.
Na isti način, skladištene procedure će se povećati vrijeme odziva web aplikacije ako veličina tabela baze podataka velika. Posebna pažnja je potrebna kada se koristite u web GIS aplikacijama.
Wireframing i dizajn uzori su korisni u izradi efikasnih, lako primenjivih i korisnih web GIS aplikacija pa bi trebali biti važan deo izrade svake web-based GIS aplikacija. Različite razvojne tehnologije su dostupne a njihova upotreba u različitim razvojnim okruženjima je detaljno objašnjena.
Predlaže se korištenje zajedničkog komunikacijskog protokola (SOAP) sa objektno-orijentisanim programiranjem za razvoj efikasnih web GIS aplikacija.
ZAHVALNICA Ovaj rad je delimično finansiralo Ministarstvo prosvete,
nauke i tehnološkog razvoja Vlade Republike Srbije u okviru istraživanja na projektima TR 32023, III-44007 i III-43007.
LITERATURA [1] Saurabh Tiwari, ISPRS, Design and Implementation of Distributed
WebGIS Architecture, ISPRS, TC/IV Symposium November 25-27, 2009, Hyderabad, India.
[2] P. Fu and J. Sun. Web GIS: Principles and Applications. ESRI Press, 2010.
[3] J. Baumann. “Future of Web GIS: An Interview with Pinde Fu”. GeoConnection International Magazine, April 2011.
[4] H. Shunfu. “Web-Based Multimedia GIS for the analysis and visualization of spatial environmental database”. Proc. Symposium on Geospatial Theory, Processing and Applications, 2002.
[5] M. Frehner and M. Brandli. “Virtual database: Spatial analysis in a Web-based data management system for distributed ecological data”. Environmental Modelling & Software, vol. 21, 2006, pp. 1544-1554, doi:10.1016/j.envsoft.2006.05.012.
[6] S. Zongyao and X. Yichun. “Design of Service-Oriented Architecture for Spatial Data Integration and Its Application in Building Webbased GIS Systems”. Geo-spatial Information Science. vol. 3, n. 1, 2010, pp. 8-15, doi:10.1007/s11806-010-0163-7.
[7] Li Luqun, Li Jian, Tian Yu, „The study on Web GIS Architecture based on JNLP“, Computer Center of Shandong University of Science and Technology, Ta’an, China 271019
[8] http://www.opengeospatial.org/node/1395. [9] Xiong hanjiang, Gong jianya. “The Design of Three Tier Client/Server
Web GIS” Journal of Wuhan University. Science Information Version. Vol.26(2), 2000.
[10] GeoServer, GeoServer. 2013. from http://geoserver.org [11] Ming-Hsiang Tsou and J. Smith, Free and Open Source Software for
GIS education. 2011, National Geospatial Technology Center of Excellence.
ABSTRACT There is an increase in the number of web-based GIS
applications over the recent years. This paper presents a proposal of architecture for the development of a GIS web application. Various technologies for mapping systems, database management and standards for the development of web GIS applications have been described. The aim of this study is to investigate the use of open source GIS solutions for the development of web GIS applications. In this paper, an architecture with the necessary components have been proposed. Geoservers mapping server and PostgreSQL / PostGIS database management system of geographic data have been discussed.
AN ARCHITECTURE AND DEVELOPMET OF WEB GIS APPLICATION
Adela Crnišanin, Petar Spalević, Dejan Rančić, Marko Micalović